時間：2023-07-03 16:08:09
導(dǎo)語：在交流電動機(jī)的應(yīng)用的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：交流電動機(jī)；變頻調(diào)速；技術(shù)；原理；控制
中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672-1578（2013）11-0017-01
近年來，隨著能源日益減少，新型節(jié)電設(shè)備的不斷更新和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，合理化的設(shè)計(jì)和節(jié)電設(shè)備的日益廣泛應(yīng)用，給人們工作和生活帶來了更多的方便。
1.交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展過程
1.1交流電動機(jī)勵磁調(diào)速。早期用原動機(jī)來驅(qū)動一臺發(fā)電機(jī)，而通過控制發(fā)電機(jī)的勵磁來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓，借此來調(diào)節(jié)被驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)有功功率輸出，還可以關(guān)閉和起動電機(jī)。
1.2電流電動機(jī)可控整流調(diào)速。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，發(fā)明了通過晶閘管的導(dǎo)通時間來控制電壓（可控整流技術(shù)）。首先是調(diào)速系統(tǒng)響應(yīng)速度得到了很大提高，并且很好地解決了低速情況下的電流斷續(xù)問題?？煽毓枵{(diào)速是用改變可控硅導(dǎo)通角的方法來改變電動機(jī)端電壓的波形，從而改變電動機(jī)端電壓的有效值，達(dá)到調(diào)速的。
2.交流電動機(jī)的調(diào)速原理
轉(zhuǎn)速公式：
式中各項(xiàng)因子如下：f：電源頻率；p：電動機(jī)磁極對數(shù)；s：轉(zhuǎn)差率。
通過式（1）可以看出，在理想狀態(tài)下（即以不考慮各項(xiàng)因子之間的相互影響為前提條件），想要調(diào)節(jié)交流電動機(jī)的速度，可以由以下三種方式來實(shí)現(xiàn)：
1）變極調(diào)速方式，即通過改變電機(jī)定子繞組的極數(shù)來控制電動機(jī)速度。但此方式有一定的局限性，因?yàn)樗鼰o法實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，故而在很多要求高控制精度的工業(yè)生產(chǎn)場合并不適用。
2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方式，采用此方式有一個前提條件，即電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速恒定，此時通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s也可實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速，此方式的缺點(diǎn)是能耗較大，且效率較低，是一種得不償失的調(diào)速方式，因而較少使用。
3）變頻調(diào)速，即本設(shè)計(jì)所采用的調(diào)速方式，此方式是通過調(diào)節(jié)供電電源頻率來實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速，其效率和能耗明顯優(yōu)于上述兩種調(diào)速方式。
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的硬件部分大體上可以分成以下幾個模塊所組成：主電路、系統(tǒng)保護(hù)電路、控制電路和擴(kuò)展電路。下圖給出了硬件設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)，可以看出，主電路由整流濾波電路和SPWM逆變電路兩個部分組成。其工作原理是把輸入的單相交流電壓通過整流濾波電路變?yōu)槠交闹绷麟妷?，然后再通過逆變電路對該直流電壓進(jìn)行斬波，形成電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電供電機(jī)使用。（如圖1）
3.1SPWM逆變電路模塊。逆變電路采用SPWM的優(yōu)勢在于可以降低輸出電壓的諧波，使其輸出電流更加符合正弦波，其功率開關(guān)器件擬采用智能功率模塊（IPM），此模塊是以絕緣柵雙極晶體管為核心的。SPWM逆變電路模塊的工作原理是：通過通用定時器發(fā)生單元、比較單元以及輸出邏輯來生成三相六路SPWM波，在通過六個復(fù)用的I/O引腳輸出給逆變電路驅(qū)動交流電動機(jī)的運(yùn)行。
3.2控制電路模塊。控制電路模塊包括的部件有：頻率輸入電路、DSP最小系統(tǒng)電路等。該設(shè)計(jì)采用TMS320LF2407A型號DSP。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以將實(shí)時處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，這就大大簡化了電路設(shè)計(jì)方案，以及提高了控制系統(tǒng)的運(yùn)算速度，為整個系統(tǒng)的效率提升提供了有力的支撐。DSP最小系統(tǒng)是DSP硬件設(shè)計(jì)中的最為核心的一個環(huán)節(jié)，它的好壞直接決定了整個系統(tǒng)適用性的高低。它主要包括：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、接口JTAG電路、擴(kuò)展SRAM等。
4.交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案論證
4.1單片機(jī)調(diào)速。隨著全球范圍的數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，人們對數(shù)字化信息的依賴程度也越來越高。實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)全數(shù)字化控制不僅能使交流調(diào)速系統(tǒng)與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，而且可以提高交流調(diào)速系統(tǒng)自身的功能。由于交流電機(jī)控制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益復(fù)雜。擴(kuò)展卡、濾波器、FFT、狀態(tài)觀測器、自適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等均應(yīng)用到了各種交流電機(jī)的矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制當(dāng)中。因此，DSP芯片在全數(shù)字化的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)中找到施展身手的舞臺。在交流調(diào)速的全數(shù)字化的過程當(dāng)中，各種總線也扮演了相當(dāng)重要的角色。STD總線、工業(yè)PC總線、現(xiàn)場總線以及CAN總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動化應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作用。
4.2PWM調(diào)速。PWM控制是交流調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，它可以完成任何控制算法的最終實(shí)現(xiàn)。
關(guān)于PWM控制方案已經(jīng)在各領(lǐng)域有了多個版本的應(yīng)用，尤其是微處理器技術(shù)應(yīng)用在
PWM技術(shù)之后，總是不斷有新的技術(shù)更新，從開始追求電壓波形的正弦，到電流波形的正弦，再到磁通的正弦；從最初效率最大化、轉(zhuǎn)矩脈動少到后來的以消除噪音為主攻課題，這些都是PWM控制技術(shù)的不斷升級和完善。目前，越來越多的新方案不斷地被提出和應(yīng)用，說明這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用空間十分廣泛。其中，空間矢量PWM技術(shù)以其電壓利用率高、控制算法簡單、電流諧波小等特點(diǎn)在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了越來越多的應(yīng)用。V/f恒定、速度開環(huán)控制的通用變頻調(diào)速系統(tǒng)和滑差頻率速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，基本上解決了異步電機(jī)平滑調(diào)速的問題。然而，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能提出更高要求時，上述系統(tǒng)還是比直流調(diào)速系統(tǒng)略遜一籌。原因在于，其系統(tǒng)控制的規(guī)律是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)值控制，完全不考慮過渡過程，系統(tǒng)在穩(wěn)定性、起動及低速時轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)等方面的性能尚不能令人滿意。
異步電機(jī)是一個多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時變參數(shù)系統(tǒng)，很難直接通過外加信號準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩，但若以轉(zhuǎn)子磁通這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量為參考坐標(biāo)，利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的變換，則可以把定子電流中勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量變成標(biāo)量獨(dú)立開來，進(jìn)行分別控制。這樣，通過坐標(biāo)變換重建的電動機(jī)模型就可等效為一臺直流電動機(jī)，從而可像直流電動機(jī)那樣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩和磁通控制即矢量控制。
參考文獻(xiàn)
[1]樊新軍. 永磁交流電動機(jī)的控制系統(tǒng)方案研究[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2013，07：69-70.
關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式教學(xué)；課程整體設(shè)計(jì)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）30-0233-03
《電機(jī)及拖動基礎(chǔ)》是電氣自動化及機(jī)電一體化專業(yè)必修課程，是具有重要地位的專業(yè)基礎(chǔ)課程。根據(jù)高職院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，項(xiàng)目式教學(xué)已經(jīng)成為高職院校一種重要的教學(xué)手段，而課程整體設(shè)計(jì)是一門課程的骨架，基于項(xiàng)目式教學(xué)方法的課程整體設(shè)計(jì)是項(xiàng)目式教學(xué)應(yīng)用于《電機(jī)及拖動基礎(chǔ)》課程成敗的關(guān)鍵。
一、課程目標(biāo)設(shè)計(jì)
通過本課程各項(xiàng)目的實(shí)施與訓(xùn)練，使學(xué)生能夠根據(jù)普通的直交流電力拖動的要求及具體工況選擇合理的拖動方式，并能夠按專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案，并能有效實(shí)施，具備中小型直交流電力拖動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力及對系統(tǒng)實(shí)施過程中的指導(dǎo)和監(jiān)理能力。達(dá)到電力拖動系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程監(jiān)理員的水平。同時也為從事電氣安裝設(shè)計(jì)與管理及實(shí)施工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.能力目標(biāo)：（1）認(rèn)識市場上常用的直交流電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器，能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行具體電氣設(shè)備的選型；（2）能夠根據(jù)具體工況選擇合理的直交流電力拖動系統(tǒng)的啟動、制動、調(diào)速的方式；（3）能夠根據(jù)具體工況選擇合理的直交流電力拖動系統(tǒng)的啟動、制動、調(diào)速及正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方法；（4）能夠獨(dú)立拆裝各種直交流電動機(jī)、發(fā)電機(jī)及變壓器；（5）能夠?qū)﹄妱訖C(jī)、發(fā)電機(jī)及變壓器一般性故障進(jìn)行簡單維修；（6）能夠?qū)χ苯涣麟娏ν蟿酉到y(tǒng)的一般性故障進(jìn)行判斷及處理；（7）能夠根據(jù)具體的工況對變電所的變壓器進(jìn)行合理的選型及安裝；（8）能夠?yàn)橹行⌒推髽I(yè)電力拖動系統(tǒng)的組建制定合理的實(shí)施方案或設(shè)備改造方案。
2.知識目標(biāo)：（1）了解直交流電動機(jī)、發(fā)電機(jī)及變壓器的最新發(fā)展、市場上的相關(guān)產(chǎn)品及主要供應(yīng)商，熟悉直交流電動機(jī)及發(fā)電機(jī)性能指標(biāo)；（2）理解直交流電動機(jī)、發(fā)電機(jī)及變壓器的工作原理；（3）掌握直交流電動機(jī)啟動特點(diǎn)及各種啟動方式的優(yōu)缺點(diǎn)；（4）掌握直交流電動機(jī)啟動特點(diǎn)及各種制動方式的優(yōu)缺點(diǎn)；（5）掌握直交流電動機(jī)各種調(diào)速方式的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)；（6）掌握直交流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方法；（7）了解各主要直交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)并掌握拆裝及維護(hù)方法；（8）了解各主要變壓器的基本結(jié)構(gòu)及拆裝和維護(hù)方法；（9）掌握直交流電動機(jī)啟動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與管理；（10）掌握直交流電動機(jī)的電氣制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與管理；（11）掌握直交流電動機(jī)各種調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與管理；
3.素質(zhì)目標(biāo)：（1）培養(yǎng)學(xué)生查閱國家電氣標(biāo)準(zhǔn)和其他有關(guān)電氣技術(shù)資料的基本能力；（2）培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德與文明法律意識；（3）培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，提升溝通協(xié)調(diào)能力；（4）培養(yǎng)學(xué)生電氣工程領(lǐng)域新技術(shù)自我學(xué)習(xí)能力；（5）培養(yǎng)學(xué)生的用電安全意識及環(huán)境保護(hù)意識。
二、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)
1.“旅行者”電瓶觀光車電機(jī)拖動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：（1）電瓶觀光車直流電動機(jī)啟動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試；（2）電瓶觀光車直流電動機(jī)電氣制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試；（3）電瓶觀光車直流電動機(jī)電氣調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試；（4）電瓶觀光車直流電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試。
2.“東北風(fēng)”面粉廠“80米”皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：（1）“80米”皮帶運(yùn)輸機(jī)三相異步電動機(jī)啟動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試；（2）“80米”皮帶運(yùn)輸機(jī)三相異步電動機(jī)電氣制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試；（3）“80米”皮帶運(yùn)輸機(jī)三相異步電動機(jī)電氣調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試；（4）“80米”皮帶運(yùn)輸機(jī)三相異步電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝與測試。
3.吉林電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院變電所變壓器的選擇、安裝與測試：（1）變電所變壓器的選擇；（2）變電所變壓器的安裝與測試。
三、能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)
1.“旅行者”電瓶觀光車電機(jī)拖動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：（1）直流電動機(jī)的選擇：能夠根據(jù)用戶需求合理選擇直流電動機(jī)；（2）啟動方式選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇直流電動機(jī)的啟動方式；（3）啟動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)啟動方式的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（4）啟動系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（5）啟動系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成啟動系統(tǒng)的測試與調(diào)試；（6）電氣制動方式選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇直流電動機(jī)的電氣制動方式；（7）制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)制動方式的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（8）制動系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（9）制動系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成制動系統(tǒng)的測試與調(diào)試；（10）調(diào)速方式選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇直流電動機(jī)的電氣調(diào)速方式；（11）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)調(diào)速方式的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（12）調(diào)速系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（13）調(diào)速系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成調(diào)速系統(tǒng)的測試與調(diào)試；（14）正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（15）正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（16）正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的測試與調(diào)試。
2.“東北風(fēng)”面粉廠“80米”皮帶運(yùn)輸機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：（1）三相異步電動機(jī)的選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇三相異步電動機(jī)；（2）啟動方式選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇三相異步電動機(jī)的啟動方式；（3）啟動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)啟動方式的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（4）啟動系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（5）啟動系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成啟動系統(tǒng)的測試與調(diào)試；（6）電氣制動方式選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇三相異步電動機(jī)的電氣制動方式；（7）制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)制動方式的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（8）制動系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（9）制動系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成制動系統(tǒng)的測試與調(diào)試；（10）調(diào)速方式選擇：能夠根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇三相異步電動機(jī)的電氣調(diào)速方式；（11）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)調(diào)速方式的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（12）調(diào)速系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（13）調(diào)速系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成調(diào)速系統(tǒng)的測試與調(diào)試；（14）正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：能夠根據(jù)正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的要求完成電路部分的設(shè)計(jì)；（15）正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)安裝：能夠根據(jù)電路部分的設(shè)計(jì)完成電路部分的安裝；（16）正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成正、反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的測試與調(diào)試。
3.吉林電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院變電所變壓器的選擇、安裝與測試：（1）容量選擇和分配：能夠根據(jù)學(xué)院用電總量及各主要用電子單位的用電量對變壓器容量進(jìn)行分配；（2）變壓器型號選擇：能夠根據(jù)變壓器容量及變電等級選擇合理型號變壓器；（3）變壓器安裝：能夠根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)完成變壓器組裝與安裝；（4）控制柜安裝：能夠根據(jù)控制要求完成控制柜組裝與安裝；（5）設(shè)備測試與調(diào)試：能夠根據(jù)用戶需求完成設(shè)備測試與調(diào)試。
該課程整體設(shè)計(jì)方案已經(jīng)應(yīng)用于我校電氣自動化專業(yè)《電機(jī)及拖動基礎(chǔ)》課程的項(xiàng)目化教學(xué)之中，根據(jù)學(xué)生反饋，取得了預(yù)期的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】交流變頻調(diào)速；直流調(diào)速；發(fā)展；特點(diǎn)；動向
1 變頻器發(fā)展簡況
對于人們熟悉的直流和交流電動機(jī)拖動來說，誕生于19世紀(jì)，僅有百年多的歷史，發(fā)展成為了動力機(jī)械的主要驅(qū)動裝置。在這發(fā)展的很長一段時期中，占整個電力拖動系統(tǒng)80%左右的不變速拖動系統(tǒng)，采用的則是交流電動機(jī)（包括異步電動機(jī)和同步電動機(jī)），在一些特殊需要的調(diào)速控制的拖動系統(tǒng)才采用直流電動機(jī)。
由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動機(jī)存在諸多缺點(diǎn)：①需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命較短；②由于直流電動機(jī)存在換向火花，難以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境；③結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電動機(jī)。與之相比，交流電動機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，工作可靠，易于維修保養(yǎng)；②不存在換向火花，可以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境；③容易制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的交流電動機(jī)。
人們都希望在許多場合下能夠用可調(diào)速的交流電動機(jī)取代直流電動機(jī)，并在交流電動機(jī)的調(diào)速控制方面進(jìn)行了大量的研究開發(fā)。直至20世紀(jì)70年代，交流調(diào)速系統(tǒng)的研究開發(fā)也未能取得令人滿意的成果，這就限制了交流調(diào)速系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。正是如此，在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的諸如風(fēng)機(jī)、水泵等需要進(jìn)行調(diào)速控制的電力拖動系統(tǒng)中，不得不采用擋板和閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)速和流量，使得控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和能源浪費(fèi)也有所增加。
隨后人們充分認(rèn)識到了節(jié)能工作的重要性，并進(jìn)一步重視和加強(qiáng)了對交流調(diào)速技術(shù)的研究開發(fā)工作。伴隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電力半導(dǎo)體器件和微處理器的性能的不斷提高，變頻驅(qū)動技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展。而各種復(fù)雜控制技術(shù)在變頻器技術(shù)中的應(yīng)用及其性能也不斷提高，且應(yīng)用范圍也越來越廣?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的電力拖動系統(tǒng)中已基本全面推廣應(yīng)用，并擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)的其他領(lǐng)域，比如空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱等家電產(chǎn)品也應(yīng)用了變頻技術(shù)。
2 變頻器調(diào)速控制的特點(diǎn)和優(yōu)勢
變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，并隨著這些基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而不斷得到發(fā)展。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制；可以實(shí)現(xiàn)大范圍的高效連續(xù)調(diào)速控制及正反轉(zhuǎn)切換；可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)和電氣制動；可以用一臺變頻器對多臺電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量??；可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。
使用變頻器的目的是節(jié)能，尤其是對于在工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載來說，通過變頻器進(jìn)行調(diào)速控制，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進(jìn)行的風(fēng)量、流量和揚(yáng)程的控制，節(jié)能效果顯著。
由于變頻器可以看作是一個頻率可調(diào)的交流電源，對于現(xiàn)有的進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動機(jī)，只需在電網(wǎng)電源和現(xiàn)有的電動機(jī)之間接入變頻器和相應(yīng)設(shè)備，就可利用變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，無須對電動機(jī)和系統(tǒng)本身設(shè)備改造。
采用變頻器的交流拖動系統(tǒng)，異步電動機(jī)的調(diào)速控制是通過改變變頻器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)的。因此在進(jìn)行調(diào)速控制時，通過控制變頻器的輸出頻率使電動機(jī)工作在轉(zhuǎn)差率較小的范圍。電動機(jī)的調(diào)速范圍較寬，可以達(dá)到提高運(yùn)行效率的目的。通用型變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1：10以上，高性能的矢量控制方式可達(dá)1：1000。矢量控制方式的變頻器對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時，還可直接控制電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。其與變頻器專用電動機(jī)組合，可達(dá)到和超過高精度直流伺服電動機(jī)的控制性能。
利用普通的電網(wǎng)電源運(yùn)行的交流拖動系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，必須利用開閉器等裝置對電源進(jìn)行換相切換。利用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制時，只需改變變頻器內(nèi)部逆變電路換流器件的開關(guān)順序即可以達(dá)到對輸出進(jìn)行換相的目的，很容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，而不需要專門設(shè)置正反轉(zhuǎn)切換裝置。正反轉(zhuǎn)切換時，如果在電動機(jī)尚未停止時就進(jìn)行相序的切換，電動機(jī)內(nèi)將會由于相序的改變而流過大于起動電流的電流，有燒毀電動機(jī)的危險，所以通常必須等電動機(jī)完全停下來之后才能夠進(jìn)行換相操作。采用變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)中，可通過改變變頻器的輸出頻率使電動機(jī)按照斜坡函數(shù)的規(guī)律進(jìn)行加速，從而達(dá)到限制加速電流的目的。
利用普通電網(wǎng)電源運(yùn)行的交流拖動系統(tǒng)，由于電動機(jī)的起動電流較大并存在著與起動時間成正比的功率損耗，所以不能使電動機(jī)進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)。對于采用變頻器的交流調(diào)速系統(tǒng)，由于電動機(jī)的起停都是在低速區(qū)進(jìn)行而且加減速過程都比較平緩，電動機(jī)的功耗和發(fā)熱較小，可進(jìn)行較高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)。
變頻器驅(qū)動系統(tǒng)中電動機(jī)的調(diào)速控制，是通過改變變頻器的輸出頻率進(jìn)行的，當(dāng)把變頻器的輸出頻率降至電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的頻率以下時，負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為電能，并被回饋給供電電網(wǎng)，并形成電氣制動。一些變頻器還具有直流制動功能，即在需要進(jìn)行制動時，可通過變頻器給電動機(jī)加上一個直流電壓，并利用該電壓產(chǎn)生的電流進(jìn)行制動。
高速驅(qū)動是變頻器調(diào)速控制的最重要的優(yōu)點(diǎn)。直流電動機(jī)由于受電刷和換向環(huán)等因素的制約，無法進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)。異步電動機(jī)不存在此制約因素，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到相當(dāng)高的速度。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n=120f(1-s)/p,其中：n―電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f―電源頻率，Hz；p―電動機(jī)磁極個數(shù)；s―轉(zhuǎn)差。當(dāng)用工頻電源（50 Hz）對異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，二極電動機(jī)的最高速度只能達(dá)到3000r/min。為了得到更高的轉(zhuǎn)速，則必須使用專用的高頻電源或使用機(jī)械增速裝置進(jìn)行增速。
目前高頻變頻器的輸出頻率已達(dá)到3000KHz，利用此高速變頻器對二極異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，可得到高達(dá)180000r/min的高速。隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，高頻電源的輸出頻率也在不斷提高，更高速度的驅(qū)動也將成為可能。
一臺變頻器同時驅(qū)動多臺電動機(jī)時，若驅(qū)動對象為同步電動機(jī)，所有的電動機(jī)將會以同樣的速度（同步轉(zhuǎn)速）運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)驅(qū)動對象為容量和負(fù)載都不相同的異步電動機(jī)時，則由于轉(zhuǎn)差的原因，各電動機(jī)之間會存在一定的速度差。變頻器是通過交流―直流的電源變換后對異步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的，所以電源的功率因數(shù)不受電動機(jī)功率因數(shù)的影響，幾乎為定值。
3 變頻器技術(shù)的發(fā)展動向
作為變頻器技術(shù)基礎(chǔ)的電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)，都經(jīng)歷了飛躍性的發(fā)展，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，許多廠家仍在不斷地進(jìn)行小型化的研究和努力。隨著變頻器市場的進(jìn)一步擴(kuò)大，變頻器技術(shù)將會隨著與變頻器有關(guān)的技術(shù)的發(fā)展得到發(fā)展：①大容量和小體積化；②高性能和多功能化；③易操作性的提高；④無公害化；⑤壽命和可靠性增加。
采用電壓驅(qū)動的IGBT（Isolated Gate Bipolar Transistor,隔離門極雙極晶體管）電力半導(dǎo)體器件發(fā)展很快，并迅速進(jìn)入傳統(tǒng)上使用BJT（雙極功率晶體管）和功率MOSFET（場效應(yīng)管）的各種領(lǐng)域。以IGBT為開關(guān)器件的IPM（Intelligent Power Module,智能功率模塊）和單片功率IC 芯片將功率開關(guān)器件與驅(qū)動電路、保護(hù)電路等集成在一起，并具有高性能和可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。
性能越來越高的要求，用于變頻器的CPU和半導(dǎo)體器件及各種傳感器方面的越來越多。交流調(diào)速理論的日益成熟，現(xiàn)代控制理論也在不斷得到新的應(yīng)用，這為提高變頻器的性能提供了條件。隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，用戶也在不斷提出各種新的要求，促使變頻器的性能和功能再提高。
【參考文獻(xiàn)】
【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)設(shè)備交流電動機(jī)課題
交流電動機(jī)的拆裝與測試是高職高專電類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)課題，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生們在具備了電工學(xué)、高等數(shù)學(xué)和必備的生活常識后，必須學(xué)會和掌握的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的一個課題
本課題的教學(xué)難點(diǎn)是對于三相交流電如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的認(rèn)識和理解，合格裝配電動機(jī)并檢測各項(xiàng)指標(biāo)，以及三相繞組 “首尾”判斷方法和實(shí)際操作過程。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)歷，考慮到當(dāng)今學(xué)生由于缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而造成動手能力弱的特點(diǎn)，采取了由淺入深，循序漸進(jìn)的原則，使課程逐漸地慢加速地全面展開。通過多畫黑板教學(xué)插圖的直觀方法，使課程更生動易懂，學(xué)生也加深、加快了對教學(xué)內(nèi)容的理解，其效果勝過空洞枯燥的講解。若教師能畫一手好畫和寫一手好字在配有良好的口才在目前的教學(xué)條件下還是大有作為的，俗話講百聞不如一見，說的就是實(shí)物圖形和影像在學(xué)習(xí)認(rèn)知中的科學(xué)效果。
課題中電機(jī)的拆卸和裝配部分是學(xué)生們感興趣的地方，要因勢利導(dǎo)，在強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)步驟和安全要領(lǐng)后，放手讓他們自己去想，自己去干?？傊@一課題選題客觀合理，實(shí)用性強(qiáng)，易于操作，課后基本收到了預(yù)期效果。
一、三相交流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
一般來說交流電動機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子這兩部分構(gòu)成，但還可細(xì)分展開為前、后端蓋，前、后軸承和軸承蓋，機(jī)座（定子繞組、接線盒、吊環(huán)），轉(zhuǎn)子和風(fēng)冷降溫系統(tǒng)（由風(fēng)扇葉、風(fēng)扇罩和散熱筋組成）這些零部件在黑板上畫出示意圖和總裝配圖，使學(xué)生們很快了解機(jī)器各部件的相對位置和空間排列順序。
二、交流電動機(jī)的工作原理
(一)定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場
研究交流電動機(jī)需從電磁場談起，這樣引入誰都聽得懂。
1.直流電流通過繞組線圈能夠產(chǎn)生恒定不變的磁場，初中物理中的“右手螺旋法則”講得就是這樣一個客觀現(xiàn)象。
2.交變電流能夠產(chǎn)生交變磁場其磁力線的方向大小和空間分布狀況隨著電流的變化而交替變化，即交變電流產(chǎn)生交變磁場。
3.有了前兩個結(jié)論，接下來就不難理解三相交流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場了。首先通三相交流電的三個繞組在空間上成120°的電角度排列，按國際標(biāo)準(zhǔn)分別稱其為u、v、w繞組。假設(shè)它們?yōu)樾切芜B接如圖1（a）所示。當(dāng)它們接上三相交流電后，我們?nèi)∪齻€典型時刻來看看磁場的變化情況。A時刻，u繞組中的電流為正極值其向心方向?yàn)镹極，v、w兩繞組中的電流為負(fù)，但兩者磁場的合成為S極，大小與N極恰好相等。B時刻，V繞組中的電流為正極值，其向心方向的磁極為N極， w、u繞組中的電流為負(fù)，兩者磁場的合成為S極，其大小與N極等量、共線。C時刻,電磁場的方向和大小產(chǎn)生的成因同上，只是按逆時針方向轉(zhuǎn)過了120°電角度，在經(jīng)過同樣的時間段，電磁場又重新回到起點(diǎn)A,完成一個周期旋轉(zhuǎn)并且周而復(fù)始的變化下去，如圖1（b）所示。當(dāng)然了電磁場在圓周中的任何角度經(jīng)過計(jì)算后其結(jié)果都是相同的。
圖1 旋轉(zhuǎn)磁場
4.轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流而其電流又在磁場中產(chǎn)生力的作用。
我們用一旋轉(zhuǎn)的U型磁鐵來代替旋轉(zhuǎn)磁場，用一匝導(dǎo)線表示整個鼠籠轉(zhuǎn)子，如圖2所示。當(dāng)磁場逆時針旋轉(zhuǎn)時，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流（右手定則），與此同時感應(yīng)電流在磁場中又產(chǎn)生力的作用（左手定則）。
圖2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理
通過這樣圖文并茂，一目了然的講解，使學(xué)生們很容易弄懂交流電機(jī)的工作原理，省去了麻煩的理論推導(dǎo)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)演算，適合高職學(xué)生的實(shí)際情況。
（二） 交流電機(jī)的轉(zhuǎn)差率
異步——指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，否則轉(zhuǎn)子不能切割磁力線。
轉(zhuǎn)差率S=N磁場-N電機(jī)N磁場 1%
換言之，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是磁場轉(zhuǎn)速的95%-99%。
一般情況下，N磁場=1500轉(zhuǎn)/分N電機(jī)=1440轉(zhuǎn)/分
三、電動機(jī)的名牌
每個交流電機(jī)上都有一塊銘牌，它相當(dāng)于人的簡歷，標(biāo)有諸多的技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)。
（一）型號、（二）額定功率、（三）額定電壓、（四）額定電流、（五）額定功率、（六）額定轉(zhuǎn)速，等等。
四、交流電機(jī)的拆裝和裝配
（一）拆裝電動機(jī)的原則
1.電動機(jī)是由很多零部件裝配而成的組合體，已經(jīng)使用后盡量不要改變各個零部件之間的相對位置，因?yàn)闄C(jī)器在磨合好后，一旦各零部件相對位置發(fā)生變化，則需要重新磨合，這樣就減少了機(jī)械裝置的精密度和使用壽命，拆電機(jī)之前，應(yīng)在各個部位上做好記號，確保回裝后電機(jī)各零部件相對位置不改變。
2.拆下的零部件，按拆下的順序編號，以便裝配時按反順序裝配。
3.在裝配的過程需按對角線緊固螺絲，讓零部件受力均勻。
（二）拆卸電動機(jī)的步驟
先拆風(fēng)扇葉和風(fēng)扇罩拆軸承蓋拆端蓋取出轉(zhuǎn)子用三爪拉具卸下軸承（此項(xiàng)是拆卸的難點(diǎn)）
(三)維修保養(yǎng)過程
清洗電機(jī)內(nèi)部，吹盡灰塵，擦去油污，更換新軸承或加注新黃油做保養(yǎng)。
（四）電機(jī)的裝配
按著各個部件的編號和相對位置的記號，反順序裝配即可。
五、電動機(jī)裝配后的測試
（一）檢查外觀
（二）用電橋測量三相繞組的阻值，其中各相的阻值不得超出平均值的5%。
（三）電機(jī)中的各項(xiàng)絕緣電阻的阻值應(yīng)大于1.5MΩ。
（四）通電測量各相電流是否相等。
（五）電動機(jī)運(yùn)行時，耳聽電動機(jī)轉(zhuǎn)動有無雜音，并用手摸電動機(jī)外殼的溫度是否過熱。
以上五項(xiàng)都檢驗(yàn)合格后，電動機(jī)方可投入使用。
六、電機(jī)的三相繞組“首尾”端判斷
（一）目的
三相電機(jī)的繞組只有兩種接法，即“星接”和“角接”。但是無論“星接”還是“角接”必須先分清各個繞組的“首尾”端，也是電工學(xué)中線圈的同名端，它是由線圈的繞向產(chǎn)生的問題，若是“首尾”搞錯，雖然表面上看去是“星”、“角”連接了，可非但電動機(jī)不能正常工作，甚至還將燒毀電動機(jī)。所以我們講的“星接”的公共點(diǎn)應(yīng)全是“首”或全是“尾”才行，而“角接”就是各個繞組的首尾相連組成一個閉合回路才行。
（二）三相繞組“首尾”端的判斷方法
1.先用萬用表從6個線頭中分出三個繞組，假設(shè)它們?yōu)閡、v、w繞組。
2.按圖3接好電路，電源以9V為好，用萬用表50μA檔來測量繞組的感應(yīng)電流方向，在閉合開關(guān)K的瞬間觀測電流的方向，并用電工膠布在線頭做好標(biāo)記。然后用同樣方法去測量w繞組中感應(yīng)電流的瞬時方向，若兩者相同則“首尾”端一致，若相反“首尾”反向，把線頭的另一端做記號，如圖3中所示。
圖3 “首尾”判斷電路圖
3.將9V電源任意接在w繞組中，用相同的方法再測u、v兩個繞組，先測量v繞組，記住電流的方向和標(biāo)記，將其作為參考再測u繞組，若電流相同其“首尾”端一致。若不同則“首尾”端相反。到此為止，三相繞組的“首尾”端判斷全部完成。
結(jié)論
交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但其精密度較高，它的定子和轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動縫隙僅有1mm左右，電機(jī)中的軸承屬于易損件決定電機(jī)的壽命。在實(shí)際使用的過程中，需要定期的更換或者加注新黃油。這樣才能保證電機(jī)長期運(yùn)轉(zhuǎn)安全工作，所以在工礦企業(yè)中拆裝電機(jī)是電工一項(xiàng)必要的基本功和日常工作，尤其是一些大功率電機(jī)較多的企業(yè)里。另外電機(jī)三相繞組的判別方法來源于生產(chǎn)實(shí)踐后經(jīng)理論上的提高，作為高職實(shí)訓(xùn)課的內(nèi)容很有必要。針對我國目前教育中，普遍存在“重”理論“輕”實(shí)踐的現(xiàn)狀是一種很好的改進(jìn)與完善。綜上所述，本課題從內(nèi)容設(shè)計(jì)到課堂實(shí)踐的效果都很成功，既鞏固了所學(xué)的理論知識又在實(shí)踐中提高了分析問題和解決問題的動手能力，符合高職的特點(diǎn)，把握住了復(fù)合型技能人才的培養(yǎng)方向。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；井下架線；電機(jī)車；應(yīng)用
前言
架線電機(jī)車是促進(jìn)開采運(yùn)輸機(jī)械化的牽引電氣設(shè)備之一，目前國內(nèi)井下牽引電動機(jī)多為直流電動機(jī)，采取串電阻的調(diào)速方式。這樣一來，換向器和電刷的存在會加大電動機(jī)的易損壞程度，增加了系統(tǒng)的維修量。因此，引入變頻技術(shù)，使用交流牽引電動機(jī)和變頻調(diào)速方式，有利于解決架線式電機(jī)車的弊端。
一、變頻調(diào)速控制技術(shù)
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化控制技術(shù)正經(jīng)歷著一場新的變革。變頻調(diào)速憑借卓越的調(diào)速啟動、制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電功效，廣泛的適用領(lǐng)域等被公認(rèn)為發(fā)展前途最為廣闊的調(diào)速方式。20世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓成為一件易事，電力行業(yè)由此壯大，長期以來固定的交流電頻率得以改變，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了頻率的利用效率。為了使變頻調(diào)速控制運(yùn)行正常，需要開環(huán)和閉環(huán)兩類系統(tǒng)控制。開環(huán)負(fù)責(zé)簡便控制，能夠達(dá)到特性較硬、調(diào)速范圍較寬和較平滑的效果。當(dāng)負(fù)載對調(diào)速精度和轉(zhuǎn)矩控制要求較低時，轉(zhuǎn)速開環(huán)控制即可滿足，對于要求較高的情況則需使用閉環(huán)反饋控制。閉環(huán)控制仍然利用速度反饋，而簡單的速度負(fù)反饋只在一定程度上確保了調(diào)速精度，無法對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制；遇到急劇加速減速時，可能造成電動機(jī)系統(tǒng)不穩(wěn)定，對動態(tài)控制的性能欠佳，因而很有必要采用較復(fù)雜的反饋控制。
二、變頻技術(shù)在井下電機(jī)車中應(yīng)用的必要性
（一）直流串勵電動機(jī)的缺陷
當(dāng)前井下電機(jī)廠使用最多的牽引電動機(jī)為直流串勵電動機(jī)，由于電機(jī)車在運(yùn)輸過程中需要獲得多種運(yùn)行速度，必須靠司機(jī)操控牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流串勵電動機(jī)的機(jī)械軟特性是指，轉(zhuǎn)速n與負(fù)載的輕重呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩大時，轉(zhuǎn)速偏低；當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩減小時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速加快?？蛰d的電動機(jī)，此時極小的轉(zhuǎn)動力矩對應(yīng)極高的轉(zhuǎn)速，可能會出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重惡化了換向條件，而且會損害轉(zhuǎn)子，甚至發(fā)生人身事故?？梢?，應(yīng)對串勵電動機(jī)進(jìn)行最低負(fù)載的規(guī)定，避免在空載下運(yùn)行。電機(jī)車采用串勵式調(diào)速方式時，會形成較大的啟動沖擊，無法順利達(dá)到軟啟動。電機(jī)車司機(jī)的控制器是帶負(fù)荷切換裝置，在觸頭形成的沖擊電流較大，容易引起短路而損害觸頭，無形中增加了材料耗費(fèi)；在調(diào)速過程中不易保持平穩(wěn)，加大了電機(jī)車司機(jī)操作和檢修的困難，無法完善電路的保護(hù)系統(tǒng)，安全性能較低。
（二）交流電動機(jī)的操作優(yōu)勢
交流變頻調(diào)速技術(shù)正在日趨完善，越來越多地受到生產(chǎn)部門的應(yīng)用。在開采活動中，交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，擁有更高的功率、效率，更低的維護(hù)成本，更方便的無電刷和換向器，交流電動機(jī)取代直流電動機(jī)在井下電機(jī)車的地位指日可待，是礦用電機(jī)車發(fā)展的新趨勢。在井下架線式電機(jī)車中推廣變頻調(diào)速技術(shù)，能夠顯著提高電機(jī)車的調(diào)速性能，減輕設(shè)備磨損，降低備品備件的投資，保證控制力度精準(zhǔn)，延長設(shè)備使用壽命，為完成井下軌道運(yùn)輸任務(wù)貢獻(xiàn)力量。
三、變頻調(diào)速的有效策略及應(yīng)用
（一）交—直—交變頻
井下架線式電機(jī)車應(yīng)安裝逆變設(shè)備，由此可直接獲得電網(wǎng)上的直流電，并轉(zhuǎn)化成可調(diào)控頻率的三相交流電。這樣一來，就可將用戶較多的直流牽引電機(jī)車轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)性的交流電機(jī)車，并且在改造戶后，改造者還能利用電源頻率對工作的速度加以控制。
（二）變頻調(diào)速的應(yīng)用方法
首先將調(diào)速器固定，把換向和調(diào)速手柄處的設(shè)置調(diào)零，并手動關(guān)閉交流變頻電機(jī)車開關(guān)，確保電流暢通。通電后，觀察報警燈是否亮起，而后對準(zhǔn)備燈進(jìn)行觀察，以兩燈同時亮起作為開展其后一系列工作的標(biāo)志。先轉(zhuǎn)動換向手柄，調(diào)整到工作所需的方向，等待一段時間后，工作燈亮起機(jī)器即可開始工作，可將調(diào)速手柄調(diào)到機(jī)器某功能所需速度。由于運(yùn)載量過大，超載現(xiàn)象時有發(fā)生，此時礦用電機(jī)形成短路，變頻調(diào)速交流電機(jī)車的警示燈亮起，正在運(yùn)行的工作自動停止，工作者可在排除相應(yīng)隱患之后，通過“復(fù)位”實(shí)施恢復(fù)。
（三）變頻技術(shù)在井下電機(jī)車的應(yīng)用
三相異步變頻調(diào)速電動機(jī)具有較高的可靠性，故障率低，鼠籠轉(zhuǎn)子無換向銅頭和線圈，增加了密閉性，也減少了因潮濕等原因?qū)^緣性能的損害。同時減少了碳刷的消耗，降低了維修量，運(yùn)行費(fèi)用少。在控制器的維護(hù)量方面，變頻調(diào)速控制器換向調(diào)速的構(gòu)成成分是簧管、電位器等，無觸點(diǎn)，減少了維修量。在電力消耗方面，將架線式交流牽引變頻調(diào)速電機(jī)車應(yīng)用到同一牽引電網(wǎng)上，能夠?qū)恳娋W(wǎng)饋電功能作為上坡運(yùn)行列車電能消耗的補(bǔ)償，大幅提高節(jié)電率。在調(diào)速性能上，實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速，調(diào)速均勻。最后，交流牽引電動機(jī)通過直接轉(zhuǎn)矩控制，在相同的粘著條件下產(chǎn)生更大的牽引力。
四、結(jié)語
總之，交流電動機(jī)的變頻技術(shù)深受工業(yè)用戶歡迎，已經(jīng)成為電動機(jī)調(diào)速的新方向。特別是在井下架線式電動車中，它的性能具備非常大的使用空間，在更加惡劣、耗電更大的生產(chǎn)環(huán)境中，應(yīng)用和推廣變頻技術(shù)將有巨大的實(shí)際意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]常愛軍,張小明.礦用電機(jī)車牽引電動機(jī)故障原因及防范措施[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2009,(17).
【關(guān)鍵詞】變頻裝置；交流電動機(jī)；水淬
1.系統(tǒng)綜述
水淬設(shè)備自動化系統(tǒng)中控制部分采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC 及相關(guān)附件、驅(qū)動部分采用西門子SIMOVERT MASTERDRI
VES 6SE70系列交流變頻調(diào)速裝置及相關(guān)附件、計(jì)算機(jī)部分采用HMI（WINCC監(jiān)控軟件）人機(jī)界面設(shè)備及相關(guān)附件，這三大部分構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)的主體。通過使用SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列交流變頻調(diào)速裝置，使生產(chǎn)機(jī)械的控制精度大為提高，并且能夠較大幅度地提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，且對諸多生產(chǎn)過程實(shí)施自動控制；并且實(shí)現(xiàn)了整個調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制，通過上位機(jī)監(jiān)控畫面完全可以掌握變頻設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要設(shè)置速度參數(shù)，使每個動作保持穩(wěn)定可控，極大的提高了產(chǎn)品質(zhì)量和使用的安全性，并且為工作人員對于設(shè)備的可操控性提供很大的便利。
2.系統(tǒng)主要控制原理
將熱鋼管運(yùn)送至旋轉(zhuǎn)裝置上，為了防止劃傷熱鋼管，要求必須“輕起、快運(yùn)、慢落”放在旋轉(zhuǎn)裝置上。在整個程中，由SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列的整流器-逆變器組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)不斷改變斯惠頓杠桿式機(jī)械手交流電動機(jī)自身的運(yùn)動速度來改變相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動速度，最終實(shí)現(xiàn)工藝要求；當(dāng)熱鋼管放在低速轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)裝置上后，壓緊裝置壓下，由SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列變頻器帶動旋轉(zhuǎn)裝置交流電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，同時帶動旋轉(zhuǎn)裝置高速轉(zhuǎn)動，直到在上位監(jiān)控畫面上設(shè)置的時間完成后，再低速轉(zhuǎn)動；經(jīng)過工藝處理完畢的鋼管到達(dá)輸送鏈上，帶動輸送鏈的交流電動機(jī)開始在SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列變頻器的命令下進(jìn)行變頻調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行的速度根據(jù)工藝要求在上位機(jī)監(jiān)控畫面進(jìn)行設(shè)置。
3.生產(chǎn)工藝及控制流程
3.1生產(chǎn)工藝
需要水淬的鋼管經(jīng)加熱爐加熱到一定的淬火溫度，保溫一定時間后出爐，由加熱爐后輸送輥道輸送至淬火等待位置，然后由斯惠頓杠桿式機(jī)械手將鋼管送至旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)輪上，鋼管到位后，壓緊裝置的壓緊輪將旋轉(zhuǎn)中的鋼管壓緊，擋水裝置的擋水板向外升起，噴水裝置進(jìn)行噴水淬火處理，處理完成以后鋼管由出料裝置送至斜臺架上，滾至拖鏈上，拖鏈區(qū)域擋料器擋齊鋼管，斜置的拖鏈將鋼管內(nèi)的水控去，送至下一工序前輥道，準(zhǔn)備進(jìn)入下一工序，從而完成一個作業(yè)周期。
3.2控制流程
啟動：熱鋼管淬火等待位置斯惠頓杠桿式機(jī)械手啟動壓緊裝置壓下、旋轉(zhuǎn)裝置高速轉(zhuǎn)動擋水板升起停止：斯惠頓杠桿式機(jī)械手回到基位擋水板落下旋轉(zhuǎn)裝置低速轉(zhuǎn)動壓緊裝置抬起出料裝置啟動輸送鏈啟動。
4.系統(tǒng)組成及特點(diǎn)
整個設(shè)備的控制系統(tǒng)高度集中化、自動化、簡單化、可操控性強(qiáng)，充分體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）控制部分采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC進(jìn)行控制，該系列PLC擁有高度模塊化、體積小占用空間少、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。（2）通過工業(yè)以太網(wǎng)的高速通訊，在PLC控制設(shè)備與交流變頻調(diào)速裝置驅(qū)動設(shè)備之間建立起連接，這樣可以有效的把給交流電動機(jī)以及相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備的命令快速的傳至交流變頻調(diào)速裝置，交流變頻調(diào)速裝置按照上位機(jī)旁邊工作人員指定的命令進(jìn)行穩(wěn)定的工作。在上位機(jī)的監(jiān)控畫面應(yīng)用的是西門子WINCC監(jiān)控軟件，類似現(xiàn)場直播一樣，通過工業(yè)以太網(wǎng)高速的傳輸速度把變頻裝置的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)傳輸至上位機(jī)的監(jiān)控畫面上，也就可以完全掌控交流電動機(jī)的一切狀態(tài)。（3）SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列交流變頻調(diào)速裝置還具有報警/故障的特點(diǎn)，當(dāng)現(xiàn)場交流電動機(jī)或者相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)任何異常問題的時候，它就會根據(jù)異常的狀態(tài)進(jìn)行報警/故障，并且在交流變頻調(diào)速裝置的操作面板上顯示出相應(yīng)的代碼，工作人員就可以根據(jù)代碼在交流變頻調(diào)速裝置的設(shè)備手冊上查找到報警/故障的原因，給予及時處理，凸顯SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列交流變頻調(diào)速裝置易操控，并且對于現(xiàn)場出現(xiàn)的各類故障能夠及時、快速解決的特點(diǎn)。
5.結(jié)束語
自從上世紀(jì)80年代以來，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)化國家已開始了規(guī)模化的應(yīng)用。80年代末，我國的民用、工業(yè)以及建筑電氣等領(lǐng)域也開始使用變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速與傳統(tǒng)的調(diào)速 （如直流電機(jī)調(diào)速）比較，具有很大的優(yōu)越性：整個系統(tǒng)體積小、重量輕，控制精度高、保護(hù)功能完善，操作過程簡便、可靠性高、通用性強(qiáng)。尤其是該技術(shù)用于一些高耗能設(shè)備的控制上，具有非常顯著的節(jié)能效果：通過對用電設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)改造，可使總耗電量減少30%.一40%，節(jié)能的量級產(chǎn)生了一種飛躍；變頻調(diào)速已被公認(rèn)為是最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)，滿足了提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求，而其所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益也是非常顯著的。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]SIMOVERT MASTERDRIVES使用說明書 siemens AE，2007.
論文摘要：交流電動機(jī)固有的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，造價低，堅(jiān)固耐用，事故率低，容易維護(hù)；但它的最大缺點(diǎn)在于調(diào)速困難，簡單調(diào)速方案的性能指標(biāo)不佳，這只能夠依靠交流調(diào)速理論的突破和調(diào)速裝置的完善來解決。本文論述了交流調(diào)速傳動的現(xiàn)狀和發(fā)展
交流傳動系統(tǒng)之所以發(fā)展得如此迅速，和一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)。它們是功率半導(dǎo)體器件（包括半控型和全控型）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動機(jī)控制技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)。為了進(jìn)一步提高交流傳動系統(tǒng)的性能，國內(nèi)外有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個方面展開：
1采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)
功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如BJT（雙極型晶體管）、MOSFET（金屬氧化硅場效應(yīng)管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實(shí)用化，使得開關(guān)高頻化的PWM技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發(fā)展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和交-交變頻器三種。電流型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作儲能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電動機(jī)處于制動（發(fā)電）狀態(tài)時，只需改變網(wǎng)側(cè)可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側(cè)的再生電能方便地回饋到交流電網(wǎng)，構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行能力，可用于頻繁加減速等對動態(tài)性能有要求的單機(jī)應(yīng)用場合，在大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負(fù)載電動機(jī)而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅(qū)動多臺電動機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。電壓型PWM變頻器在中小功率電力傳動系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。但電壓型變頻器的缺點(diǎn)在于電動機(jī)處于制動（發(fā)電）狀態(tài)時，回饋到直流側(cè)的再生電能難以回饋給交流電網(wǎng)，要實(shí)現(xiàn)這部分能量的回饋，網(wǎng)側(cè)不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變流器，如采用兩套可控整流器反并聯(lián)、采用PWM控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或“PWM整流器”）。網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制的變頻器稱為“雙PWM控制變頻器”，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流（網(wǎng)側(cè)電流）波形基本為正弦，功率因數(shù)保持為1并且能量可以雙向流動的特點(diǎn)，代表一個新的技術(shù)發(fā)展動向，但成本問題限制了它的發(fā)展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，只能用于低速（低頻）大容量調(diào)速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應(yīng)運(yùn)而生。矩陣式交-交變頻器功率密度大，而且沒中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲能元件，為實(shí)現(xiàn)輸入功率因數(shù)為1、輸入電流為正弦和四象限運(yùn)行開辟了新的途徑。
隨著電壓型PWM變頻器在高性能的交流傳動系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM技術(shù)的研究越來越深入。PWM利用功率半導(dǎo)體器件的高頻開通和關(guān)斷，把直流電壓變成按一定寬度規(guī)律變化的電壓脈沖序列，以實(shí)現(xiàn)變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM技術(shù)可分為三大類：正弦PWM、優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案。正弦PWM一般隨著功率器件開關(guān)頻率的提高會得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動系統(tǒng)中被廣泛采用。但對于大容量的電力變換裝置來說，太高的開關(guān)頻率會導(dǎo)致大的開關(guān)損耗，而且大功率器件如GTO的開關(guān)頻率目前還不能做得很高，在這種情況下，優(yōu)化PWM技術(shù)正好符合裝置的需要。特定諧波消除法（SelectedHarmonicEliminationPWM——SHEPWM）、效率最優(yōu)PWM和轉(zhuǎn)矩脈動最小PWM都屬于優(yōu)化PWM技術(shù)的范疇。普通PWM變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關(guān)頻率相關(guān)的諧波成分，諧波電流引起的脈動轉(zhuǎn)矩作用在電動機(jī)上，會使電動機(jī)定子產(chǎn)生振動而發(fā)出電磁噪聲，其強(qiáng)度和頻率范圍取決于脈動轉(zhuǎn)矩的大小和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起電動機(jī)的機(jī)械共振，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提高功率器件的開關(guān)頻率，但這種方法會使得開關(guān)損耗增加；另一種方法就是隨機(jī)地改變功率器件的導(dǎo)通位置和開關(guān)頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內(nèi)，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達(dá)到抑制電磁噪聲和機(jī)械共振的目的，這就是隨機(jī)PWM技術(shù)。2應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論交流傳動系統(tǒng)中的交流電動機(jī)是一個多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時變的被控對象，VVVF控制是從電動機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動態(tài)控制效果很不理想。20世紀(jì)70年代初提出用矢量變換的方法來研究交流電動機(jī)的動態(tài)控制過程，不但要控制各變量的幅值，同時還要控制其相位，以實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦，促使了高性能交流傳動系統(tǒng)逐步走向?qū)嵱没?。目前高動態(tài)性能的矢量控制變頻器已經(jīng)成功地應(yīng)用在軋機(jī)主傳動、電力機(jī)車牽引系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中。此外，為了解決系統(tǒng)復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論中的各種控制方法也得到應(yīng)用，如二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制可提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，滑模（Slidingmode）變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，狀態(tài)觀測器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實(shí)測的狀態(tài)信息，自適應(yīng)控制則能全面地提高系統(tǒng)的性能。另外，智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等也開始應(yīng)用于交流調(diào)速傳動系統(tǒng)中，以提高控制的精度和魯棒性。
3廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。目前適于交流傳動系統(tǒng)的微處理器有單片機(jī)、數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor--DSP）、專用集成電路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit--ASIC）等。其中，高性能的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用超高速緩沖儲存器、多總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu)等。核心控制算法的實(shí)時完成、功率器件驅(qū)動信號的產(chǎn)生以及系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)功能都可以通過微處理器實(shí)現(xiàn)，為交流傳動系統(tǒng)的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成本低，使得微處理器組成全數(shù)字化控制系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能價格比。
[關(guān)鍵詞]直流調(diào)速 交流調(diào)速
中圖分類號：U261.27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）03-0084-01
電機(jī)是人類生活中應(yīng)用十分廣泛的設(shè)備，大到航空航天，小到人們的日常生活，電機(jī)的影子可謂無處不在。對各種電機(jī)（交直流電機(jī)）的選擇也充滿了我們生活的時時刻刻。直流電動機(jī)拖動和交流電動機(jī)拖動先后誕生與19世紀(jì)，距今已有100多年的歷史，并已成為動力機(jī)械的主要驅(qū)動裝置。但是，由于技術(shù)上的原因，在很長一段時期內(nèi)，占整個電力拖動系統(tǒng)80%左右的不變速拖動系統(tǒng)中采用的是交流電動機(jī)（包括異步電動機(jī)和同步電動機(jī)），而在需要進(jìn)行調(diào)速控制的拖動系統(tǒng)中則基本上采用的直流電動機(jī)。而對于交流電機(jī)和直流電機(jī)他們的調(diào)速方法又有著很大的不同，因此對電機(jī)調(diào)速方法的研究就顯得十分重要。本文列舉并對比了交直流電機(jī)的各種調(diào)速方法，為生活和生產(chǎn)中電機(jī)的選擇提供了一些參考。
1、直流調(diào)速方法
（1）改變電樞回路電阻。該方法的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)是效率低。因此，該方法適于小功率直流電機(jī)、開環(huán)控制且僅能有級調(diào)速。
（2）改變電動機(jī)主磁通。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速；缺點(diǎn)是調(diào)速范圍小而且通常是配合調(diào)壓調(diào)速在基速以上作小范圍的升速。現(xiàn)已很少單獨(dú)使用，通常以非獨(dú)立控制勵磁的方式出現(xiàn)。
（3）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機(jī)額定向下變速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。
比較上面三種直流調(diào)速方法可看出自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電動機(jī)的電樞供電電壓需要專門的可控直流電源，可調(diào)的直流電源有旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止式可控整流器、直流斬波器和脈寬調(diào)制變壓器三種。其中直流斬波器和脈寬調(diào)制變壓器方式是以恒定直流電源供電，用直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器中的開關(guān)器件，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通斷時間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流～直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
2、交流調(diào)速方法
交流異步電動機(jī)的調(diào)速方式有多種，諸如調(diào)壓調(diào)速、變級調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速等，而變頻調(diào)速優(yōu)于上述任何一種調(diào)速方式是當(dāng)今國際上廣泛采用的效益高、性能好、應(yīng)用廣的新技術(shù)。它采用微機(jī)控制、電力電子技術(shù)及電機(jī)傳動技術(shù)取得工業(yè)交流異步電機(jī)的無級調(diào)速功能。目前在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用是自動化電力傳動的發(fā)展方向。
（1）降電壓調(diào)速；調(diào)速過程中增加轉(zhuǎn)差損耗，此損耗使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，效率較低；調(diào)速范圍比較?。灰蟛捎酶咿D(zhuǎn)差電機(jī)，比如特殊設(shè)計(jì)的力矩電機(jī)，所以特性較軟，一段適用于55kW以下的異步電動機(jī)。
（2）轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；結(jié)構(gòu)簡單，控制裝置容量小，價值便宜。運(yùn)行可靠，維修容易。無諧波干擾。但速度損失大，因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)差離合器本身轉(zhuǎn)差較大，所以輸出軸的最高轉(zhuǎn)速僅為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的80%～90%；并且調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能形式的損耗，效率低。
（3）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；無電磁諧波干擾。但是串鑄鐵電阻只能進(jìn)行有級調(diào)速。若用液體電阻進(jìn)行無級調(diào)速，則維護(hù)、保養(yǎng)要求較高；調(diào)速過程中附加的轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗，效率低。調(diào)速范圍不大。
（4）繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)串級調(diào)速和雙饋電動機(jī)調(diào)速；可以將調(diào)速過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差能量加以回饋利用。效率高；裝置容量與調(diào)速范圍成正比，適用于70%～95%的調(diào)速。但是功率因素較低，有諧波干擾，正常運(yùn)行時無制動轉(zhuǎn)矩，適用于單象限運(yùn)行的負(fù)載。
（5）變極對數(shù)調(diào)速；無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高；控制電路簡單，易維修，價格低；與定子調(diào)壓或電磁轉(zhuǎn)差離合器配合可得到效率較高的平滑調(diào)速。是有級調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)無級平滑的調(diào)速。且由于受到交流電機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，通常只能實(shí)現(xiàn)2～3種極對數(shù)的有級調(diào)速，調(diào)速范圍相當(dāng)有限。
（6）變壓變頻調(diào)速；無附加轉(zhuǎn)差損耗，效率高，調(diào)速范圍寬；對于低負(fù)載運(yùn)行時間較長，或起停較頻繁的場合，可以達(dá)到節(jié)電和保護(hù)電機(jī)的目的。
在上述異步電動機(jī)的各種調(diào)速方式中，效率最高、性能最好、應(yīng)用最廣泛的是變壓變頻調(diào)速方式，它是一種轉(zhuǎn)差率不變型調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變電動機(jī)定子供電頻率來改變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)調(diào)速的一種方法。變頻裝置工作是隨著輸出頻率的變化，輸出電壓也要配合改變，因此，變頻調(diào)速系統(tǒng)常被稱為變壓變頻（VVVF）調(diào)速系統(tǒng)。目前，變頻調(diào)速的主要方案有：交交變頻調(diào)速，交直交變頻調(diào)速，同步電動機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。
3、交直流調(diào)速系統(tǒng)的對比
直流調(diào)速控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置（晶閘管整流裝置）容量小，長期以來在調(diào)速傳動中一直占統(tǒng)治地位，但也具有以下缺點(diǎn)：
（1）直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、故障多、維護(hù)困難，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn)。
（2）換向器的換向能力限制了電機(jī)的容量和速度。
（3）為改善換向能力，要求電樞漏感小，轉(zhuǎn)子短粗，影響系統(tǒng)動態(tài)性能，在動態(tài)性能要求高的場合，不得不采用雙電樞或者三電樞，帶來造價高、占地面積大、易共振等一系列的問題。
（4）直流電動機(jī)除勵磁外，全部輸入功率都通過換向器流入電樞，電機(jī)效率低，由于轉(zhuǎn)子散熱條件差，冷卻費(fèi)用高。
交流調(diào)速的性能己達(dá)到直流傳動的水平，裝置成本降低到與直流傳動相當(dāng)或者略低的程度，由于維修費(fèi)用及能耗大大降低，可靠性提高，因此出現(xiàn)了以交流傳動代替直流傳動的強(qiáng)烈趨勢。采用交流傳動能取得下述效果：
（1）減小維修工作量，減少停機(jī)時間，提高產(chǎn)量。
（2）可以突破直流電動機(jī)的功率和速度極限，為設(shè)備提供更大的動力，從而提高產(chǎn)量。
（3）減小電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量。
（4）節(jié)能、節(jié)水。
（5）由于交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，因此有可能與機(jī)械合為一體，形成機(jī)電一體化產(chǎn)品，大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，減小體積和重量，提高可靠性。
（6）成本方面，交流調(diào)速的功率裝置（變頻器與電網(wǎng)補(bǔ)償裝置）和控制裝置比直流調(diào)速的功率裝置和控制裝置貴，但是它的電動機(jī)便宜。隨著電動機(jī)功率的增加，交流調(diào)速總成本的增長比直流調(diào)速總成本的增加要慢，大于某一功率后，交流調(diào)速就比直流調(diào)速便宜。
4、結(jié)論
交流變頻調(diào)速之所以比直流調(diào)速廣泛運(yùn)用是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)，不是變頻調(diào)速原理具有優(yōu)越性，變頻調(diào)速只能應(yīng)用于調(diào)速，而對力矩是無法做到精確控制的，原因很簡單，直流調(diào)速的電樞和勵磁不是耦合的，是分開的，這樣對電樞電流和勵磁電流能夠做到精確控制。而交流調(diào)速，電樞電流和勵磁電流是耦合的，是無法做到精確控制的。由于交流電機(jī)的機(jī)構(gòu)簡單，維護(hù)工作量小，適用于更廣泛的環(huán)境，更容易大功率化等優(yōu)點(diǎn)，交流調(diào)速使用的越來越廣泛，但同時由于直流調(diào)速具有更好的力矩控制特性，因此在一些力矩要求高的行業(yè)還是有很大的市場的，所以在未來很長的時間內(nèi)應(yīng)該是交流和直流調(diào)速同時存在和使用的，不存在交流代替直流的問題。
參考文獻(xiàn)
[1]陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)（第2版），北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999，12（10）：115-116.
關(guān)鍵詞：電動機(jī) 控制技術(shù) 應(yīng)用與展望
電動機(jī)及其控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，是現(xiàn)代工業(yè)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。我國經(jīng)濟(jì)社會正處于改革轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，和世界許多國家一樣，電動機(jī)及其控制技術(shù)取得了快速發(fā)展，存在著巨大的提升空間。
一、電動機(jī)的發(fā)展過程
電動機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展可以分為四個階段。
19世紀(jì)30年代到80年代是電動機(jī)發(fā)展的第一個階段，以直流電動機(jī)的發(fā)明和逐步推廣應(yīng)用為標(biāo)志，是直流電動機(jī)時代。
19世紀(jì)末葉到20世紀(jì)50年代，是電動機(jī)發(fā)展的第二個階段，以交流電動機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用為標(biāo)志。交流電動機(jī)主要用于轉(zhuǎn)速基本恒定的生產(chǎn)機(jī)械的拖動；在要求調(diào)速范圍寬和高精度控制的領(lǐng)域，都采用直流電力拖動。由于換向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高，需要維護(hù)，換向器還容易產(chǎn)生電火化，直流電動機(jī)單機(jī)容量和使用環(huán)境都受到限制。
20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)初，是電動機(jī)發(fā)展的第三個階段，也是其快速發(fā)展時期。特別是交流變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟，使交流異步電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)性能好等許多直流電動機(jī)才有的性能，充分發(fā)揮了交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格低廉、基本免維護(hù)、容易實(shí)現(xiàn)單機(jī)容量的突破等優(yōu)勢，交流電動機(jī)逐步取代直流電動機(jī)。
隨著電動機(jī)理論的不斷完善和制造技術(shù)的不斷提高，高新技術(shù)的快速發(fā)展，新材料的不斷應(yīng)用，21世紀(jì)以來電動機(jī)發(fā)展進(jìn)入第四個發(fā)展階段――呈現(xiàn)高性能化、智能化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化。
二、我國電動機(jī)及其控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
電力拖動具有控制簡單、方便經(jīng)濟(jì)、效率高、調(diào)節(jié)性能好、易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動化控制等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械、冶金、石油等各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用。
我國電動機(jī)品種繁多，大小懸殊，形狀各異，用途多樣，目前約有300個系列，1500個品種。據(jù)有關(guān)資料估計(jì)，我國電動機(jī)總裝機(jī)容量已超過7億kW，其中大型高壓電動機(jī)約占一半，最大功率達(dá)到幾十MW級；中小型電動機(jī)占總裝機(jī)容量的35%左右，其他電動機(jī)占15%左右。
高壓電動機(jī)主要用于石油、化工、礦山、冶金、抽水蓄能電站等行業(yè)的大型機(jī)械設(shè)備中。高壓電動機(jī)近70% 拖動的負(fù)載是風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)等，這其中有一大半處于輕載狀態(tài)，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。
中小型電動機(jī)數(shù)量龐大，覆蓋范圍廣。我國已經(jīng)成為世界上最大的中小型電動機(jī)的生產(chǎn)、使用大國。但是我國目前使用的電動機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)大多還是低效率的IE1，國家正在推廣高效率IE2和超高效率IE3電動機(jī)，電動機(jī)的升級換代對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能降耗意義重大。
由于交流變頻控制系統(tǒng)價格昂貴和歷史沿襲等原因，我國還有相當(dāng)數(shù)量的直流調(diào)速系統(tǒng)在使用。
隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，我國特種微型電動機(jī)和電動機(jī)伺服系統(tǒng)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為獨(dú)立的分支。特別是某些航空航天用微型控制電動機(jī)，已突破國外技術(shù)封鎖。如自行研究成功的登月用微型控制電動機(jī)。
目前國外80%電動機(jī)為專用電動機(jī)，性能、效率和適應(yīng)性大大提高，通用型電動機(jī)只有20%。我國剛好相反，80%為通用型電動機(jī)，所以發(fā)展專用電動機(jī)，對我國來說意義重大。
我國電氣自動化各種控制方式并存。在機(jī)床類等工業(yè)設(shè)備中，大量應(yīng)用電磁式或電子式繼電器、接觸器控制系統(tǒng)。近年來，電子式繼電器、接觸器具有更小的體積，更長的使用壽命，有的向多功能化方向發(fā)展，繼電器、接觸器控制系統(tǒng)在我國將長期存在。但是它是一種機(jī)械觸點(diǎn)式硬連接，靠接線邏輯實(shí)現(xiàn)控制功能，存在易產(chǎn)生電火花，壽命短，改變電路控制功能必須拆線重新連接等諸多缺點(diǎn)。
PLC控制系統(tǒng)是把計(jì)算機(jī)和繼電器接觸器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有控制靈活，體積小，容易編程，改變電路邏輯功能容易，具有數(shù)字運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理和通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC平均無故障運(yùn)行時間可達(dá)10萬小時以上，可靠性很高，已經(jīng)成為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。我國主要控制裝置PLC（數(shù)字控制器）大都是進(jìn)口的，部分是合資工廠組裝的，關(guān)鍵技術(shù)還掌握在國外。PLC控制系統(tǒng)使用主要集中在中大型企業(yè)，普及率較低，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)使用工業(yè)現(xiàn)場總線和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)通訊等自動化控制技術(shù)。
交流變頻調(diào)速控制技術(shù)，是隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代自動控制理論高度發(fā)展的結(jié)果。它的出現(xiàn)改變了高性能調(diào)速系統(tǒng)由直流電動機(jī)一統(tǒng)天下的局面，讓交流調(diào)速系統(tǒng)逐步成為調(diào)速系統(tǒng)的主角。這與電力電子器件高速發(fā)展分不開。如GTO、BJT、MOSEFT為代表的高效、高頻、高功率因素、高功率密度、高壓大功率的電力電子器件得到長足發(fā)展，應(yīng)用日漸普遍，尤其是雙極型復(fù)合器件IGBT、新型電力電子器件IGCT為代表的新一代高性能器件的發(fā)展和普及，使大容量交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)獲得飛速發(fā)展。近年來，功率模塊的發(fā)展，以及將電力電子器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上的功率集成電路技術(shù)的發(fā)展，自動控制技術(shù)前景更加廣闊。
我國的高速鐵路技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。這得益于被稱為鐵路機(jī)車“機(jī)芯之核”的IGBT的成功研發(fā)。IGBT長期被西方發(fā)達(dá)國家壟斷。2009年，我國第一條IGBT產(chǎn)品封裝線在株洲落成，成功實(shí)現(xiàn)了IGBT模塊的國產(chǎn)化。
20世紀(jì)末，國內(nèi)少數(shù)火力發(fā)電廠開始進(jìn)口高壓變頻器，對風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，取得滿意效果。21世紀(jì)，隨著國產(chǎn)電力電子器件成功生產(chǎn)，國產(chǎn)高壓變頻器快速發(fā)展，其中約一半用于火力發(fā)電廠作為調(diào)速節(jié)能改造。但是，大容量高壓變頻器技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距；中小型電動機(jī)通用變頻器及專用變頻器基本被國外所壟斷，比如在我國應(yīng)用占比較高的西門子MM4系列通用變頻器。
三、我國電動機(jī)及其控制技術(shù)展望
縱觀我國電動機(jī)及其控制技術(shù)發(fā)展水平，與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，存在較大差距和提升空間。
1.推廣使用高效能、超高效能電動機(jī)，淘汰低能落后產(chǎn)品
從節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境出發(fā)，推廣使用高效節(jié)能電機(jī)已經(jīng)成為全球電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識。我國電動機(jī)消耗的電能占總發(fā)電量的60%以上，而Y，Y2系列等低效（相當(dāng)于IE1及以下標(biāo)準(zhǔn)）電動機(jī)，還占大多數(shù)，電動機(jī)平均效率比發(fā)達(dá)國家低2%到8%，推廣使用高效（相當(dāng)于IE2標(biāo)準(zhǔn)）、超高效（相當(dāng)于IE3及以上標(biāo)準(zhǔn)）電動機(jī)，淘汰低能落后產(chǎn)品，具有明顯的節(jié)能減排和社會效益。國際電工委員會于2008年10月完成了IEC60034―30的編制工作并頒布實(shí)施。我國多次修訂電動機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)，其中GB18613-2010和GB18613-2012等同采用了該標(biāo)準(zhǔn)；工信部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合印發(fā)《電動機(jī)能效提升計(jì)劃（2013―2015年）》，計(jì)劃提出到2015年累計(jì)推廣高效電動機(jī)1.7億kW，淘汰在用低效電機(jī)1.6億kW，實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技改1億kW，實(shí)施淘汰電機(jī)高效再制造2000萬kW。
同時，我國稀土資源豐富，稀土永磁合金（釹鐵硼永磁材料）的性能不斷提高，制造的稀土永磁電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，是今后重點(diǎn)研究和推廣方向。
2.專用電動機(jī)替代普通電動機(jī)
電動機(jī)品種繁多，性能各異，所拖動的負(fù)載千差萬別。如果都用通用電動機(jī)，無論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都不是很合理的。專用電動機(jī)就是根據(jù)不同的負(fù)載專門設(shè)計(jì)的，技術(shù)性能上更符合對應(yīng)的設(shè)備需要，節(jié)能效果更是明顯。比如油田用抽油機(jī)專用稀土永磁電機(jī)，節(jié)電率高達(dá)20%。
3.提升自動化控制技術(shù)水平
推廣使用PLC控制系統(tǒng)，對我國普遍采用的繼電器接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，加快開發(fā)國產(chǎn)PLC數(shù)字控制器，充分利用PLC控制系統(tǒng)的可編程、數(shù)字化、改變邏輯控制功能容易、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，提升我國電動機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用水平。
加快交流變頻調(diào)速控制技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展水平。電動機(jī)的矢量控制技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)今籠式異步電機(jī)控制技術(shù)的主流；脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)和空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)的成功應(yīng)用，電力電子器件制造技術(shù)，特別是大功率高電壓電力電子器件制造技術(shù)的突破，交流變頻調(diào)速控制技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)交流異步電動機(jī)最重要的控制技術(shù)。在我國，可逆直流調(diào)速系統(tǒng)、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)、交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和串級調(diào)速系統(tǒng)、籠式異步電動機(jī)變頻調(diào)速和矢量控制調(diào)速系統(tǒng)、無換向器電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)都得到了廣泛的應(yīng)用。繼續(xù)提高國產(chǎn)高壓大功率電力電子器件制造技術(shù)，對風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)類負(fù)載加大節(jié)能改造力度；加快國產(chǎn)通用變頻器和專用變頻器的開發(fā)水平；加大交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用力度，淘汰老舊直流調(diào)速系統(tǒng)，對提升我國電氣自動化水平，提高生產(chǎn)力和節(jié)能減排有著現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)意義。
我國大型電動機(jī)正在向高效率、小體積、高功率密度等方向發(fā)展；中小型電動機(jī)正在向高效化、專業(yè)化、集成化方向發(fā)展；微型電機(jī)向高性能、無刷化、永磁化等方向發(fā)展，稀土永磁無刷電機(jī)將成為微特電機(jī)的主流；電動機(jī)控制技術(shù)向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化和集成化方向發(fā)展，我國的電氣自動化前景廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1]付蘭芳，張憲.變頻技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.
[2]張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.